Формула для определения энтальпии сухого насыщенного пара

Содержание

Энтальпия жидкости и пара
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Энтальпия — сухой насыщенный пар
Параметры состояния жидкости и пара

Энтальпия жидкости и пара

Напишем уравнение первого закона термодинамики для 1 кг тела в общем виде:

q = (и₂ – и₁) + Аl ккал/кг. (5.6)

Подведенное к телу количество теплоты затрачивается на изменение внутренней энергии и на совершение работы. А – коэффициент.

Для изобарного процесса можно записать l = p(v₂ –v₁) ( рис. 5.7).

Допустим, что 1 кг газа, имеющего удельный объем v₁, заключен в цилиндр с поршнем, нагруженным грузом.

Если этот газ подогреть, не изменяя давления, то объем его, очевидно, увеличиться и в какой-нибудь момент станет равным v₂. При расширении газ произведет внешнюю работу, которая выразится в поднятии поршня. Как известно, работа равна произведению силы на путь, т.е.

l – работа 1 кг газа при поднятии поршня с постоянным грузом;

Q – общее давление на поршень;

S – расстояние, на которое передвинулся поршень при совершении газом работы l.

Рис. 5.7. К объяснению значения совершаемой работы

Если обозначим давление газа, приходящегося на 1 м 2 площади поршня, через р, а площадь поршня через F м 2 , то общее давление Q на поршень будет равно pF. При этом l = p·F·S кгм/кг.

Но F·S – объем цилиндра, имеющего площадь основания F и высоту S. Обозначим этот объем через v (удельный объем газа).

Тогда l = p·F·S = p. v

Как видно из рис. 5.7, v = v₂ – v₁, а поэтому

Тогда уравнение 5.6 можно записать

Перегруппировывая члены в правой части уравнения, получим

Правая часть этого уравнения является разностью двух выражений, представляющих собой одну и ту же величину вида и + А p v. Эта величина называется э н т а л ь п и е й (теплосодержанием) и обозначается через h. Итак,

Как видим, энтальпия определяется тремя величинами: и, р и v, являющимися параметрами состояния рабочего тела. Следовательно, энтальпия тоже является параметром состояния и должна измеряться так же, как измеряются и и А p v, т.е. в килокалориях или килоджоулях. Все величины, входящие в уравнение (5.8), должны относится к одному состоянию тела. Например, если состояние его определяется точкой 1,
то h₁ = и₁ + А p v₁ кДж/кг.

В дальнейшем мы увидим, что энтальпия позволяет значительно упрощать и сокращать расчеты, связанные с теплотой, вследствие чего этот параметр широко применяется в теплотехнических расчетах, в особенности в расчетах, относящихся к парам.

Если в уравнении (5.7) для изобарного процесса подставить величину h, то оно приобретает очень простой вид:

Значения i берутся из специальных таблиц или диаграмм, о которых будет сказано ниже.

Посмотрим, как вычисляют энтальпию для воды и пара (рис. 5.8).

Рис. 5.8. К объяснению определения энтальпии воды и пара

При нагревании воды от 0 о С до температуры насыщения t_s вода приобретает энтальпию , называемой энтальпией кипящей жидкости. После чего начинается парообразование и получается влажный насыщенный пар, энтальпию которого можно определить по формуле

Читайте также: Сруб бани вид внутри

При этом температура насыщения в сосуде остается постоянной, соответствующей давлению в сосуде. Парообразование происходит за счет величины r, называемой скрытой теплотой парообразования (см. ранее). Когда вся вода испарится, получается сухой насыщенный пар, степень сухости которого х равна 1. Энтальпия сухого насыщенного пара определится как:

Нагревая далее сухой насыщенный пар и, повышая его температуру, получаем перегретый пар, энтальпию которого можно определить по формуле

где t – температура перегретого пара.

Источник статьи: http://helpiks.org/5-9467.html

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Энтальпия — сухой насыщенный пар

Энтальпия сухого насыщенного пара приблизительно равна теплоте этого пара. [1]

Энтальпия сухого насыщенного пара при абсолютном давлении в 20 бар равна i 2799 2 кдж / кг. [2]

Так как энтальпия сухого насыщенного пара больше энтальпии влажного насыщенного пара, то при таком определении расхода он получается заниженным. [3]

Отсюда следует, что энтальпия сухого насыщенного пара приблизительно равна теплоте этого пара. [4]

Энтальпия воды г, энтальпия сухого насыщенного пара , энтальпия перегретого пара i в зависимости от давления приведены в прилагаемых таблицах. [5]

Из уравнения следует, что энтальпия сухого насыщенного пара приближенно равна его полной теплоте. [6]

Из табл. 8.1 видно, что при давлении пара р 1 0 МПа энтальпия сухого насыщенного пара i 2777 8 кДж / кг, что больше i 2680 кДж / кг. [7]

Чтобы превратить 1 кг кипящей воды при неизменной температуре в сухой насыщенный пар, требуется сообщить воде значительное количество теплоты, которая называется удельной теплотой испарения ( парообразования) при данном давлении и обозначается буквой г. Таким образом, энтальпия сухого насыщенного пара i i r, ккал / кг. [8]

ОП; dTp — внутренний диаметр ОП; Re WindTp / v n — число Рейнольдса; K — r / ( iia-i) — число фазового перехода; / ц, vjn — энтальпия и кинематическая вязкость пара перед испытательным участком; i — энтальпия сухого насыщенного пара при давлении на испарительном участке; NuadMAin — усредненное число Нуссельта на участке испарения; a — соответствующий ему коэффициент теплоотдачи от воды к пару; Я щ — коэффициент теплопроводности пара; dM — медианный диаметр капель; Prv / a — число Прандтля ( в работе не уточняется, по пару или по воде вычисляется число Прандтля); a — коэффициент теплопроводности; AfpB / pin — отношение плотностей воды и пара. [9]

Из таблиц сухих насыщенных паров ( см. приложение 1, 2, 3) видно, что с уменьшением tK энтальпия жидкости уменьшается. С увеличением / 0 энтальпия сухого насыщенного пара увеличивается и уменьшается удельный объем. Следовательно, с уменьшением tK и увеличением to холодопроизводительность холодильного агентЯд узрягтяет. [10]

Скрытая теплота парообразования с увеличением давления непрерывно уменьшается и при критическом давлении равна нулю. Это указывает на возможность уменьшения площади поверхностей нагрева, в которых из кипящей воды образуется насыщенный пар. Энтальпия сухого насыщенного пара при возрастании давления до 3 3 МПа увеличивается, а затем падает. [11]

Измерение влажности при помощи дроссельного калориметра основано на том, что взятая из трубопровода проба пара при проходе через сопло дросселируется, сохраняя постоянной ( ввиду незначительности тепловых потерь) свою первоначальную энтальпию. В результате дросселирования давление пара легко понижается. Это приводит к испарению содержащейся в паре влаги и перегреву его, так как энтальпия сухого насыщенного пара тем меньше, чем ниже давление пара. [12]

Парогенератор работает при постоянном давлении пара. При этом разные типы парогенераторов имеют различный уровень давления. В связи с этим важно знать, как зависят энтальпия кипящей воды, скрытая теплота парообразования, энтальпия насыщенного и перегретого пара от давления. С увеличением давления вплоть до критического ( ркр 22 13 МПа) энтальпия кипящей воды непрерывно возрастает. Следовательно, с повышением давления в парогенераторе площадь поверхностей нагрева, в которых происходит предварительный нагрев воды, должна увеличиваться. Скрытая теплота парообразования с увеличением давления непрерывно уменьшается и при критическом давлении равна нулю. Это указывает на возможность уменьшения площади поверхностей нагрева, в которых из кипящей воды образуется насыщенный пар. Энтальпия сухого насыщенного пара при возрастании давления до 3 3 МПа увеличивается, а затем падает. [13]

Источник статьи: http://www.ngpedia.ru/id620539p1.html

Параметры состояния жидкости и пара

Состояние влажного насыщенного пара определяется его давлением или температурой и степенью сухости х. Очевидно, значение х = 0 соответствует воде в состоянии кипения, а х = 1– сухому насыщенному пару.

Температура влажного пара есть функция только давления и определяется так же, как и температура сухого пара, по табличным значениям. Удельный объем влажного пара зависит от давления и от степени сухости и определяется из уравнения:

. (13.1)

Из этой формулы получаем значение:

. (13.2)

Для давлений до 3 МПа и х ≥ 0,8 можно пренебречь последним членом равенства. Тогда удельный объем влажного насыщенного пара:

Для больших давлений и малых следует пользоваться полной формулой.

Плотность влажного пара:

(13.4)

. (13.5)

Рис. 13.3 – hs – диаграмма процесса парообразования

Перегретый пар имеет более высокую температуру по сравнению с температурой U сухого насыщенного пара того же давления. Следовательно, в отличие от насыщенного пара перегретый пар определенного давления может иметь различные температуры. Для характеристики состояния перегретого пара необходимо знать два его параметра, например давление и температуру. Разность температур перегретого и насыщенного пара того же давления t – t_н называют перегревом пара.

Весьма важным в теплотехнических расчетах является определение количества теплоты, затрачиваемой на отдельные стадии процесса парообразования и изменения внутренней энергии.

Количество теплоты, затраченной для подогрева жидкости от 0 С до температуры кипения при постоянном давлении, называют теплотой жидкости. Ее можно определить как разность энтальпий жидкости в состоянии кипения и жидкости при том же давлении и 0° С, т.е.

, (13.6)

а так как при невысоких давлениях с достаточной для технических расчетов точностью можно считать равным нулю, то

. (13.7)

Значения внутренней энергии жидкости можно вычислить из общей зависимости h = u + pv.

а так как величина рv’ мала, то при невысоких давлениях можно принимать

т.е. внутренняя энергия жидкости равна энтальпии жидкости. Значения h’, а следовательно, и u’ приводятся в таблицах насыщенного пара.

Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг кипящей жидкости в сухой насыщенный пар при постоянном давлении, называют теплотой парообразования и обозначают буквой r. Это количество теплоты расходуется на изменение внутренней энергии, связанное с преодолением сил сцепления d между молекулами жидкости, и на работу расширения (ф).

Величину d называют внутренней теплотой парообразования, а величину ф – внешней теплотой парообразования. Очевидно,

ф = р (13.10)

Значения г приводятся в таблицах сухого насыщенного пара. Энтальпия h » сухого насыщенного пара определяется по формуле

, (13.12)

а изменение внутренней энергии при получении сухого насыщенного пара из 1 кг жидкости при 0 °С – из выражения:

Для влажного насыщенного пара имеем следующие соотношения:

(13.14)

, (13.15)

где h_x – энтальпия влажного насыщенного пара;

u_x – внутренняя энергия влажного насыщенного пара. Количество теплоты, необходимое для перевода 1 кг сухого насыщенного пара в перегретый при постоянном давлении, называется теплотой перегрева. Очевидно,

, (13.16)

где – истинная массовая теплоемкость перегретого пара при постоянном давлении.

В результате тщательных исследований установлено, что теплоемкости c_p перегретых паров зависят от температуры и давления.

Однако пользоваться этой зависимостью неудобно. Расчеты существенно упрощаются тем, что в таблицах водяного пара приводятся значения энтальпии перегретого пара h(i). Поэтому теплота перегрева может быть найдена из выражения:

. (13.17)

Энтропия водяного паря отсчитывается от условного нуля, в качестве которого принимают энтропию воды при 0,01 0 С и при давлении насыщения, соответствующем этой температуре, т.е. при давлении 611 Па.

Энтропия жидкости s’ определяется из выражения

, (13.18)

где с – теплоемкость воды, а – температура насыщения, К.

Значение теплоемкости для воды с достаточной точностью можно принять равным 4,19 кДж/(кг · К). Следовательно,

кДж/(кг · К) (13.19)

Если жидкость нагревается не до температуры кипения, а до произвольной температуры Т, то под Т_н в формуле следует понимать эту произвольную температуру.

Энтропия сухого насыщенного пара s» определяется из уравнения

, (13.20)